JP4905545B2

JP4905545B2 - 無線通信システム及び通信処理方法

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Publication number: JP4905545B2
Application number: JP2009288981A
Authority: JP
Inventors: 太一真島
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2010114921A

Description

本発明は、無線通信システム及び通信処理方法に関する。

制御チャネルや物理通信チャネル、及び直接通信チャネルといった無線チャネルを用いて無線通信を可能にする移動無線通信システムが知られている。ここで、制御チャネルは、移動局における発呼や着呼、その他の通信制御を行うために、基地局と移動局との間で使用される無線チャネルである。物理通信チャネルは、各移動局が移動体通信ネットワークを介して他の移動局や固定端末（例えば固定電話やネットワーク接続されたコンピュータ端末等）などと通話やデータ通信を行うために、基地局と移動局との間で使用される無線チャネルである。直接通信チャネルは、各移動局が基地局を介することなく、他の移動局との間で直接的に通話やデータ通信を行うために使用される無線チャネルである。

こうした無線チャネルを用いたデジタル通信においては、送信データを所定のフレーム構造として伝送させることがある（例えば非特許文献１）。図９は、狭帯域デジタル無線システムの標準規格であるARIB STD-T61として、非特許文献１の第２分冊ｐ．１１５−１１６にて規定されている制御チャネル（物理制御チャネル）、物理通信チャネル、直接通信チャネルのフレームフォーマットを示している。

ここで、フレーム同期に用いられる同期ワードは、制御チャネル、物理通信チャネル、直接通信チャネルのいずれにおいても同一の長さをもつことが多い。図９に示す例では、同期ワードがいずれも２０ビットに固定されている。また、移動電話システムであるＰＤＣ（Personal Digital Cellular）の標準規格となっているARIB STD-27でも、固定長の同期ワードが定められている。このように同期ワードを同一の長さに統一することで、デジタル信号処理におけるフレーム同期の検出を各チャネルで共通化して、処理を簡単化させることができる。なお、例えば制御チャネルから物理通信チャネルへと移行するような場合や、直接通信チャネルを起動するような場合には、同期性能を向上させるために、同期用の特別なフレーム（同期バースト）が使用される。このときには、通常より長い（例えば３２ビットを有する）同期ワードが用いられる。

受信側の通信機器において同期ワードを捕捉する方法としては、様々なものが知られている。例えば、受信側において既知である同期ワードと、受信信号から復調したベースバンド信号波形などとの相関値を所定の演算処理によって特定することで同期ワードを捕捉する方法が、数多く使用されている。前述したARIB STD-T61の標準規格では、１フレームを４０ｍｓｅｃ（ミリ秒）として、２０ビットの同期ワードを２回受信できた場合に、同期が確立したものと判断している。このため、同期が確立されるまでには、８０ｍｓｅｃの期間において４０ビット分の同期ワードが使用されることになる。

なお、ＰＤＣなどのマイクロセルシステムでは、制御チャネルと物理通信チャネルが同一の基地局によって提供されるとは限らない。そのため、制御チャネルと物理通信チャネルとの間のタイミングを常に一定に維持することは、技術的に困難である。こうした事実が一因ともなって、前述の標準規格では、制御チャネルと物理通信チャネルとの間でのフレームタイミングについて、特に定められていない。

また、物理通信チャネルや直接通信チャネルを用いて無線通信を行うときには、送信側と受信側との間において迅速に通信リンクを確立することが要求される。通信リンクの確立に遅延が発生した場合には、例えば通話における頭切れなどが引き起こされるといった問題が生じる。加えて、デジタル音声データを送受信する場合には、情報量が膨大なものとなり、制御チャネルに比べて物理通信チャネルや直接通信チャネルにて伝送すべき情報量が増大することがある。伝送効率の良好な変調方式としては、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調方式が知られており、ＰＤＣやARIB STD-T61の標準規格に準拠した移動無線通信システムにて採用されている。しかしながら、ＱＰＳＫ変調方式は、１つの基地局で広いエリアをカバーすることが困難であることも知られている。

社団法人電波産業会著「狭帯域デジタル通信方式（ＳＣＰＣ／ＦＤＭＡ）標準規格ＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ６１１．０版第２分冊」、平成１１年５月２７日、ｐ．１１５−１１７、ｐ．１７１−１７４

データ通信が行われる移動無線通信システムにおいては、通信速度を向上させるために、占有周波数の広帯域化が進められている。その一方で、音声通話が主な使用目的となる無線機器などでは、周波数の利用効率を向上させるために、無線チャネルの狭帯域化が進められている。狭帯域化がなされた無線チャネルでは、必然的に情報伝送速度（容量）が低下する。そのため、同期ワードの長さ（ビット数）も短い（ビット数が少ない）方が好ましい。しかしながら、同期ワードを短縮するとフレーム同期の性能が悪化する。特に、無線チャネル上でのノイズが多い場合には、正常に同期を確立できる割合が低下し、誤同期の増加を引き起こすという問題がある。

米国の郊外などに設置された移動無線通信システムでは、１つの基地局で広いエリアをカバーできるようにするため、基地局における送信出力段に高出力の電力増幅器を使用することがある。被変調波信号の包絡線が非直線となる変調方式（例えばＱＡＭ；Quadraple Amplitude Modulation）では、電力増幅器の入出力特性における直線性が維持できる部分のみを用いて増幅を行う必要があり、電力増幅器における電力効率が低下する。そのため、被変調波信号の包絡線が実質的な直線となるＦＭ（Frequency Modulation）やＰＭ（Phase Modulation）などの変調方式を用いることが好ましい。ただし、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調方式は、ＱＰＳＫ変調方式を用いた場合に比べて半分程度の伝送効率となってしまい、情報転送速度（容量）が低下する。この場合にも、同期ワードの長さは短い方が好ましい。しかしながら、同期ワードを短縮すると、前述した問題が生じることになる。

この発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、同期ワードの長さを短縮して同期の確立に要する時間を短縮することで迅速に通信リンクを確立可能とし、且つ、精度が良好な同期検出を可能とする無線通信システムなどを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る無線通信システムは、
所定の無線チャネル上にて伝送される無線信号を送受信することにより、基地局及び移動局の間にて、あるいは移動局どうしの間にて、無線通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局は、前記無線チャネルのうちで前記基地局及び移動局の間にて使用される制御チャネル上では、各フレームの先頭に所定のコードパターンからなる同期ワードが配置される一方で各フレームの末尾には同期ワードとは異なるコードパターンからなるプレワードを含んだポストフィールドが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第１無線伝送手段を備え、
前記移動局は、前記無線チャネルのうちで前記移動局どうしの間にて使用される直接通信チャネル上では、送信開始時におけるフレームの先頭にプレワードを含んだプリアンブルに後続して同期ワードが配置される一方で送信開始時以外におけるフレームの先頭には同期ワードが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第２無線伝送手段と、
前記第１及び第２無線伝送手段により伝送された無線信号を受信してフレーム同期を検出するフレーム同期手段と、
を備え、
前記フレーム同期手段は、
前記第１無線伝送手段により伝送される前記制御チャネルの無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワード及びプレワードの両方を１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には、同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定し、
前記第２無線伝送手段により伝送される前記直接通信チャネルの無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワードを複数回検出できたとき、あるいは同期ワード及びプレワードを１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定する、
ことを特徴とする。

前記制御チャネル上にて伝送される無線信号のポストフィールドと、前記直接通信チャネル上にて伝送される無線信号のプリアンブルは、全部又は一部が同一のプレワードで構成されていてもよい。

上記目的を達成するために、この発明の第２の観点に係る通信処理方法は、
所定の無線チャネル上にて伝送される無線信号を送受信することにより、基地局及び移動局の間にて、あるいは移動局どうしの間にて、無線通信を行う通信処理方法であって、
前記基地局が、前記無線チャネルのうちで前記基地局及び移動局の間にて使用される制御チャネル上では、各フレームの先頭に所定のコードパターンからなる同期ワードが配置される一方で各フレームの末尾には同期ワードとは異なるコードパターンからなるプレワードを含んだポストフィールドが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第１無線伝送ステップと、
前記移動局が、前記無線チャネルのうちで前記移動局どうしの間にて使用される直接通信チャネル上では、送信開始時におけるフレームの先頭にプレワードを含んだプリアンブルに後続して同期ワードが配置される一方で送信開始時以外におけるフレームの先頭には同期ワードが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第２無線伝送ステップと、
前記第１及び前記第２無線伝送ステップで伝送された無線信号を受信してフレーム同期を検出するフレーム同期検出ステップと、
を備え、
前記フレーム同期検出ステップにおいて、
前記第１無線伝送ステップで伝送される無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワード及びプレワードの両方を１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には、同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定し、
前記第２無線伝送ステップで伝送される無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワードを複数回検出できたとき、あるいは同期ワード及びプレワードを１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、迅速に通信リンクを確立可能とし、且つ、精度が良好な同期検出を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る移動無線通信システムの一構成例を示す図である。制御チャネル、物理通信チャネル、及び直接通信チャネルのそれぞれにて伝送されるデジタルデータにおけるフレーム構造の一例を示す図である。同期検出回路の一構成例を示す図である。無線通信制御装置の一構成例を示す図である。移動無線通信装置において同期を獲得するための設定例を示す図である。同期を確立するために実行される演算処理の具体例を説明するための図である。同期ワードのみを用いて同期を獲得する動作の具体例を説明するための図である。プレワード及び同期ワードの両方を用いて同期を獲得する動作の具体例を説明するための図である。従来におけるフレームフォーマットの一例を示す図である。

以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る移動無線通信システム１００について詳細に説明する。この移動無線通信システム１００は、例えば図１に示すように、複数の移動局としての移動無線通信装置１０１と、少なくとも１つ（一般的には複数）の基地局としての無線通信制御装置１０２とを含んでいる。図１では、一例として、２つの移動無線通信装置１０１と、１つの無線通信制御装置１０２とが示されている。例えば、移動無線通信システム１００は、基地局としての無線通信制御装置１０２がＰＤＣなどのマイクロセルシステムに比べて広いエリアをカバーする大ゾーン方式の陸上移動無線通信システムであればよい。

各移動無線通信装置１０１は、基地局としての無線通信制御装置１０２との間で無線周波数（RF;Radio Frequency）信号を送受信することによって、他の移動無線通信装置１０１や無線通信制御装置１０２にネットワーク接続された他の通信端末装置などとの間にて、音声通話（会話）を可能にする。各移動無線通信装置１０１と無線通信制御装置１０２との間における無線通信では、制御チャネル１１０や物理通信チャネル１１１が使用される。また、各移動無線通信装置１０１は、直接通信チャネル１１２を使用することで、基地局を介することなく他の移動無線通信装置１０１との間で直接的にＲＦ信号を送受信して、音声通話などを行うこともできる。

制御チャネル１１０、物理通信チャネル１１１、及び直接通信チャネル１１２などの無線チャネル上では、所定のデジタル変調方式（例えば４値ＦＳＫ[Frequency Shift Keying]）により変調されたＲＦ信号が送受信されることにより、所定のフレーム構造を有するデジタルデータが伝送される。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、制御チャネル１１０、物理通信チャネル１１１、及び直接通信チャネル１１２のそれぞれにて伝送されるデジタルデータにおけるフレーム構造の一例を示す図である。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すフレーム構造を有するデジタルデータは、基地局としての無線通信制御装置１０２から各移動無線通信装置１０１に対して送信される。ここで、無線通信制御装置１０２から送信されるデジタルデータにおけるフレーム長は８０ｍｓｅｃとなっており、通信速度は４８００ｂｐｓとなっているものとする。図２（Ａ）に示すように、制御チャネル１１０上では、フレームの先頭に、所定のコードパターンからなる２０ビットの同期ワードＳＷが配置され、末尾に２０ビットのポストフィールドＰＦが配置されたフレーム構造のデジタルデータが伝送される。この構成では、ARIB STD-T61の標準規格に比べて、通信速度が１／２になっており、フレーム長が２倍になっている一方で、同期ワードＳＷは８０ｍｓｅｃあたり２０ビットで半分になっている。

無線通信制御装置１０２は、制御チャネル１１０を用いて、図２（Ａ）に示すようなフレーム構造を有するデジタルデータを、複数のフレームにわたり連続して送出する。そのため、各フレームの同期ワードＳＷの前方には、１つ前に送出されたフレームにおけるポストフィールドＰＦが配置されることになる。

図２（Ｂ）に示すように、物理通信チャネル１１１上では、フレームの先頭に同期ワードＳＷが配置される一方で、制御チャネル１１０とは異なりポストフィールドＰＦが含まれていないフレーム構造のデジタルデータが伝送される。図２（Ｃ）に示すように、直接通信チャネル１１２上では、送信開始時におけるフレームの先頭に２０ビットのプリアンブルＰＡが配置され、各フレームの先頭に（送信開始時のフレームではプリアンブルＰＡに後続して）２０ビットの同期ワードＳＷが配置されたフレーム構造のデジタルデータが伝送される。

図２（Ａ）に示すフレームに含まれるポストフィールドＰＦと、図２（Ｃ）に示すフレームに含まれるプリアンブルＰＡは、同一のコードパターンからなるプレワードＰＷで構成されている。プレワードＰＷは、例えば同期ワードＳＷとは異なるコードパターンとして予め定められたものであればよい。一例として、ポストフィールドＰＦと、プリアンブルＰＡは、全てが同一のプレワードＰＷで構成されていればよい。他の一例として、ポストフィールドＰＦとプリアンブルＰＡにおける後半の数ビットに、同一のコードであるプレワードＰＷが含まれていてもよい。

各移動無線通信装置１０１が基地局を介して通信を行うときには、基地局である無線通信制御装置１０２によって提供される制御チャネル１１０から物理通信チャネル１１１を割り当てるＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式が用いられる。その一方で、複数（例えば２つ）の移動無線通信装置１０１が基地局を介することなく直接的に通信を行うときには、割当てのないＳＣＰＣ（Single Channel Per Carrier）方式が用いられる。

各移動無線通信装置１０１は、いずれも実質的に同一の構成を有しており、例えば図１に示すように、ベースバンド信号処理部１と、送信処理部２と、アンテナ３と、受信処理部４と、送受分離部５とを備えている。

ベースバンド信号処理部１は、外部から送信データを入力してデジタル伝送用のベースバンド信号を生成したり、受信処理部４からのベースバンド信号を入力して受信データを取り出して外部へと出力したりする。ここで、ベースバンド信号処理部１に入力される送信データは、移動無線通信装置１０１の外部から取り込まれたものであってもよいし、移動無線通信装置１０１内の図示せぬデータ処理部などによって生成されたものであってもよい。例えば、移動無線通信装置１０１は、外部から取り込んだ音声や画像を示す情報データを生成するデータ処理部などを備えていてもよい。

送信処理部２は、ベースバンド信号処理部１にて生成されたデジタル伝送用のベースバンド信号に対応した送信用の無線信号を生成するためのものである。例えば、送信処理部２は、デジタル伝送用のベースバンド信号に応答して所定のデジタル変調（例えば４値ＦＳＫ[Frequency Shift Keying]変調）を行う。また、送信処理部２は、変調動作により生成された被変調波信号の周波数変換（アップコンバート）や電力増幅などを行った後、送受分離部５を介してアンテナ３に供給することで、移動無線通信装置１０１から無線信号を送出させる。

受信処理部４は、アンテナ３による受信信号に対して低雑音増幅や周波数変換（ダウンコンバート）などを行った後、所定のデジタル復調を行ってベースバンド信号を再生する。受信処理部４により再生されたベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部１に供給される。送受分離部５は、送信処理部２の出力が受信処理部４の側へ回り込まないようにしたり、受信処理部４への入力が送信処理部２の側へ回り込まないようにしたりするデュプレクサである。

上記の構成において、ベースバンド信号処理部１は、受信処理部４からのベースバンド信号が入力される同期検出回路１０を備えている。図３は、同期検出回路１０の一構成例を示す図である。図３に示すように、同期検出回路１０は、サンプリング回路１１と、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換器１２と、フレームメモリ１３と、同期ワード格納部１４と、プレワード格納部１５と、同期演算部１６と、動作制御部１７とを備えている。

サンプリング回路１１は、受信処理部４から入力されたベースバンド信号を所定のサンプリングレートでサンプリングするためのものである。例えば、サンプリング回路１１では、ベースバンド信号によって伝送されるシンボルデータ列における１シンボルを複数回サンプリングできるように、サンプリング周波数が予め設定されていればよい。Ａ／Ｄ変換器１２は、サンプリング回路１１にてサンプリングされたベースバンド信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器１２にて生成されたデジタルデータは、フレームメモリ１３に格納される。フレームメモリ１３は、Ａ／Ｄ変換器１２にて生成されたデジタルデータを、例えばＦＩＦＯ（First In First Out）方式によって一時的に格納する。

同期ワード格納部１４は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すような制御チャネル１１０、物理通信チャネル１１１、及び直接通信チャネル１１２の各フレームに含まれる同期ワードＳＷのコードパターンを示すデータを、予め格納している。プレワード格納部１５は、図２（Ａ）に示す制御チャネル１１０のフレームに含まれるポストフィールドＰＦと、図２（Ｃ）に示す直接通信チャネル１１２のフレームに含まれるプリアンブルＰＡにて用いられるプレワードＰＷのコードパターンを示すデータを、予め格納している。

同期演算部１６は、フレームメモリ１３に格納されたデジタルデータと、同期ワード格納部１４に格納されているデータあるいはプレワード格納部１５に格納されているデータとに基づき、ビット同期やフレーム同期を確立するための演算処理を実行する。例えば、同期演算部１６は、フレームメモリ１３に格納されたデジタルデータと、同期ワード格納部１４に格納されているデータあるいはプレワード格納部１５に格納されているデータとに基づく相関演算を実行し、演算の結果として得られた相関値が所定の閾値を超えているか否かを判定する。そして、所定の閾値を超えて、且つ相関値が極大値となるタイミングにて、所定の同期タイミング信号を出力する。同期演算部１６から出力された同期タイミング信号は、例えばベースバンド信号処理部１や、その他のデジタル信号処理回路などにて、フレーム構造のデジタルデータを処理するために用いられる。

動作制御部１７は、移動無線通信装置１０１における通信状態や動作状態などに基づき、ベースバンド信号処理部１における各部位の動作を制御する。例えば、動作制御部１７は、同期演算部１６が同期を確立するために実行する演算処理を、同期ワード格納部１４に格納されたデータを用いた演算処理とするか、同期ワード格納部１４及びプレワード格納部１５の両方に格納されたデータを用いた演算処理とするかの切り替えを行う。

図１に示す無線通信制御装置１０２は、例えば図４に示すように、制御チャネル用送信ユニット１２０と、複数の通信チャネル用送信ユニット１２１−１〜１２１−ｎ（ｎは２以上の整数）とを備えている。制御チャネル用送信ユニット１２０は、制御チャネル１１０を用いて、各移動無線通信装置１０１に対してデジタルデータを伝送するためのＲＦ信号を送出する。各通信チャネル用送信ユニット１２１−１〜１２１−ｎは、物理通信チャネル１１１を用いて、各移動無線通信装置１０１に対してデジタルデータを伝送するためのＲＦ信号を送出する。制御チャネル用送信ユニット１２０から各通信チャネル用送信ユニット１２１−１〜１２１−ｎに対しては、制御チャネル１１０と物理通信チャネル１１１とで送信されるフレームの同期をとるためのフレームタイミング信号が送られる。このフレームタイミング信号により、制御チャネル１１０のフレームと物理通信チャネル１１１のフレームは、図２（Ａ）及び（Ｂ）にて点線で示すように、同一のタイミングで送出されることになる。

以下に、この発明の実施の形態に係る移動無線通信システム１００において、移動無線通信装置１０１が同期を獲得する動作を説明する。ここで、移動無線通信装置１０１における同期に関する動作状態（同期の状態）としては、ビット同期やフレーム同期を確立するための初期同期状態と、同期確立後にフレームタイミングを維持するための同期維持状態と、同期が一旦外れた後に再び同期を確立するための再同期状態という、３つの動作状態がある。各移動無線通信装置１０１では、同期検出回路１０が備える動作制御部１７により、通信状態などに応じて同期に関する動作状態を特定し、特定した動作状態に応じて同期演算部１６の動作を制御する。

より詳細には、動作制御部１７は、特定した同期に関する同期状態に応じて、同期ワードＳＷのみを用いて同期を獲得するか、同期ワードＳＷとプレワードＰＷの両方を用いて同期を獲得するかの判定を行う。図５は、受信対象となる無線チャネルと、移動無線通信装置１０１における同期に関する動作状態、同期を獲得する方法、及び同期が確立したと判定するための同期条件との対応関係を示す図である。

図５に示すように、制御チャネル１１０が受信対象である場合に、初期同期状態あるいは再同期状態であるときには、プレワードＰＷと同期ワードＳＷの両方を用いて同期獲得を行う。このときには、実質的には同期ワードＳＷとして長いコードパターンを用いてフレームタイミングを検出することと等価であることから、同期の精度は向上する。そこで、このときには、同期条件として、同期演算部１６における演算結果が所定の閾値を１回超えるだけで、プレワードＰＷと同期ワードＳＷの両方を１回検出できたと判定して、同期が確立したものとすればよい。なお、同期条件は、移動無線通信システム１００の仕様に応じて変更可能であり、従来に比べて確実に少なくなるような設定となっていればよい。

制御チャネル１１０が受信対象である場合に、同期維持状態であるときには、既に移動無線通信装置１０１の側にてフレーム同期の獲得が完了している。従って、各フレームの同期ワードＳＷが予め定められたタイミングで受信できたことを確認するだけでよい。そこで、このときには、同期ワードＳＷのみを用いて同期獲得を行い、また、同期条件としても、演算結果が所定の閾値を１回超えるだけで、同期ワードＳＷを検出できたと判定して、同期が維持されているとすればよい。

物理通信チャネル１１１が受信対象である場合には、同期に関する動作状態によらず、同期ワードＳＷのみを用いて同期獲得を行う。ここで、物理通信チャネル１１１のフレームには、図２（Ｂ）に示すようにプレワードＰＷを含んだ部位が配置されていない。その一方で、図４に示すように、制御チャネル用送信ユニット１２０から各通信チャネル用送信ユニット１２１−１〜１２１−ｎに対してフレームタイミング信号が送られることで、制御チャネル１１０のフレームと物理通信チャネル１１１のフレームが同一のタイミングで送出されている。そのため、移動無線通信装置１０１にて受信対象が制御チャネル１１０から物理通信チャネル１１１へと移行するときには、制御チャネル１１０の受信時と同じフレームタイミングにて物理通信チャネル１１１を受信するようにすれば、フレーム同期は獲得できるようになっている。

物理通信チャネル１１１が受信対象である場合の同期条件としては、初期同期状態あるいは同期維持状態であるときに、同期演算部１６における演算結果が所定の閾値を１回超えるだけで、同期ワードＳＷを検出できたと判定して、同期が確立した（あるいは維持されている）とすればよい。その一方で、同期外れにより再同期を行う再同期状態や、グループ呼出時の後追い参入時には、同期精度が悪くなることがある。そこで、このときには、同期条件として、演算結果が所定の閾値を複数回（例えば２回）連続で超えることで、同期ワードＳＷを複数回（例えば２回）検出できたと判定して、同期が確立したとすればよい。再同期状態や後追い参入時には、物理通信チャネル１１１を用いた通話が成立する限界に近い環境に移動無線通信装置１０１が存在する。このため、上記のように同期条件を初期同期状態や同期維持状態に比べて厳しくしたことにより同期の確立に多少の遅延が発生したとしても、大きな問題とはなりにくい。

直接通信チャネル１１２が受信対象である場合には、送信開始時のフレームの先頭に限ってプレワードＰＷを含んだプリアンブルＰＡが配置されている。そこで、同期を獲得する方法として、同期ワードＳＷのみを用いる方法と、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いる方法のいずれも使用できるようにする。そして、使用した方法に応じて、同期条件を選択するようにすればよい。具体的には、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いたときには、同期演算部１６における演算結果が所定の閾値を１回超えるだけで、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を１回検出できたと判定して、同期が確立したとすればよい。これに対して、同期ワードＳＷのみを用いたときには、演算結果が所定の閾値を複数回（例えば２回）連続して超えることで、同期ワードＳＷを複数回（例えば２回）検出できたと判定して、同期が確立したとすればよい。

次に、同期演算部１６にて同期を確立するために実行される演算処理の具体例について説明する。ここで、同期ワードＳＷのシンボル数をｎ＋１、同期ワードＳＷのデータをＳ０〜Ｓｎ、移動無線通信装置１０１にて復調されたベースバンド信号における受信時点から過去に数シンボルまで遡ったサンプリングデータをａ_０〜ａ_ｎとする。この場合の相関値は数式１のような演算によって得ることができる。この相関値が最大となるタイミングに基づいてフレーム同期を獲得することができる。

具体的な一例として、同期ワードＳ０〜Ｓ３がそれぞれ、−３、＋１、−３、＋３であるものとする。そして、移動無線通信装置１０１にて復調されたベースバンド信号が図６に示すような波形を有しているものとする。なお、図６に示す例では、１シンボルあたり１回のサンプリングが行われているものとする。

この場合、タイミングＴ４〜Ｔ１１にて得られた相関値を、予め定められた閾値と比較する。そして、閾値よりも大きな値となった極大点に基づいて、フレーム同期を確立することができる。図６に示す例では、タイミングＴ８にて相関値が「２８」となって最大であることから、同期ワードＳＷの受信タイミングであると判定して、フレーム同期を確立することができる。

また、移動無線通信装置１０１にて復調されたベースバンド信号における受信時点から過去に２０シンボルまで遡ったサンプリングデータをａ_０〜ａ_１９とし、同期ワード格納部１４に格納された同期ワードＳＷをＳ_０〜Ｓ_９、プレワード格納部１５に格納されたプレワードＰＷをＰ_０〜Ｐ_９とする。同期判定用の閾値は、同期ワードＳＷのみを用いたときにはＴｈ１とし、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いたときにはＴｈ２とする。ここで、相関値はワード長が長くなるほど大きくなる。そこで、Ｔｈ１＜Ｔｈ２となるように、予め設定を行っておく。

同期ワードＳＷのみを用いて同期を獲得するときには、同期演算部１６が数式２を用いた演算を実行することにより、サンプリングデータａ_１０〜ａ_１９と同期ワードＳＷを示すデータＳ_０〜Ｓ_９との相関値Ｃ１を特定する。

例えば、受信処理部４によって図７（Ａ）に示すようなベースバンド信号が復調された場合、矢印ａｒ１で示される期間にてサンプリング回路１１によってサンプリングされたデータが、サンプリングデータａ_１０〜ａ_１９としてフレームメモリ１３へと順次に格納される。同期ワード格納部１４には、図７（Ｂ）に示すような同期ワードＳＷの波形に対応したコードパターンを示すデータＳ_０〜Ｓ_９が、予め格納されている。同期演算部１６は、フレームメモリ１３に格納されたサンプリングデータａ_１０〜ａ_１９と同期ワード格納部１４に格納された同期ワードＳＷを示すデータＳ_０〜Ｓ_９との相関値Ｃ１を特定するための演算処理を実行する。なお、矢印ａｒ１で示される期間は、時間の経過とともに図７（Ａ）で矢印ａｒ２により示されるように、右方向（時間軸上で後方）へと移動して行く。フレームメモリ１３には、サンプリングされたデータがＦＩＦＯ方式で格納される。

こうして同期演算部１６にて特定された相関値Ｃ１は、図７（Ｃ）に示すように時間の経過に従って変動する。そして、相関値Ｃ１が閾値Ｔｈ１を超えたタイミングＴ２１において、同期ワードＳＷを受信したと判定されることにより、フレーム同期の確立が可能になる。

プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いて同期を獲得するときには、同期演算部１６が数式２を用いた演算を実行することにより、サンプリングデータａ_１０〜ａ_１９と同期ワードＳＷを示すデータＳ_０〜Ｓ_９との相関値Ｃ１を特定する。また、同期演算部１６は、数式３を用いた演算を実行することにより、サンプリングデータａ_０〜ａ_９とプレワードＰＷを示すデータＰ_０〜Ｐ_９との相関値Ｃ２を特定する。

例えば、受信処理部４によって図８（Ａ）に示すようなベースバンド信号が復調された場合、矢印ａｒ３で示される期間にてサンプリング回路１１によってサンプリングされたデータが、サンプリングデータａ_０〜ａ_１９としてフレームメモリ１３へと順次に格納される。なお、矢印ａｒ３で示される期間は、時間の経過とともに図８（Ａ）で矢印ａｒ４により示されるように、右方向（時間軸上で後方）へと移動して行く。同期ワード格納部１４には、図８（Ｂ）に示すような同期ワードＳＷの波形に対応したコードパターンを示すデータＳ_０〜Ｓ_９が、予め格納されている。プレワード格納部１５には、図８（Ｂ）に示すようなプレワードＰＷの波形に対応したコードパターンを示すデータＰ_０〜Ｐ_９が、予め格納されている。

同期演算部１６は、フレームメモリ１３に格納されたサンプリングデータａ_０〜ａ_９とプレワード格納部１５に格納されたプレワードＰＷを示すデータＰ_０〜Ｐ_９との相関値Ｃ２を特定するための演算処理を実行する。これとともに、同期演算部１６は、フレームメモリ１３に格納されたサンプリングデータａ_１０〜ａ_１９と同期ワード格納部１４に格納された同期ワードＳＷを示すデータＳ_０〜Ｓ_９との相関値Ｃ１を特定するための演算処理を実行する。同期演算部１６にて特定された相関値Ｃ１は、図８（Ｃ）に示すように時間の経過に従って変動する。また、相関値Ｃ１と相関値Ｃ２との和Ｃ１＋Ｃ２も、図８（Ｄ）に示すように時間の経過に従って変動する。そして、Ｃ１＋Ｃ２の値が閾値Ｔｈ２を超えたタイミングＴ２２において、同期ワードＳＷを受信したと判定することにより、フレーム同期の確立が可能になる。

制御チャネル１１０が受信対象である場合に、移動無線通信装置１０１が同期を確立するための初期同期状態であるときには、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いて同期を獲得する処理のみを実行すればよい。そこで、図８（Ａ）〜（Ｄ）に例示したようにして、相関値の和Ｃ１＋Ｃ２の値が閾値Ｔｈ２を超えた極大点を同期ポイントとすることで、同期を確立することができる。

また、直接通信チャネル１１２が受信対象である場合に、移動無線通信装置１０１が初期同期状態であるときには、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いて同期を獲得する処理と、同期ワードＳＷだけを用いて同期を獲得する処理の両方が考慮されなければならない。この場合でも、相関値Ｃ１と閾値Ｔｈ１との比較、及び相関値の和Ｃ１＋Ｃ２と閾値Ｔｈ２との比較に基づいて同期ポイントを特定することができる。このような簡単な計算により同期ポイントを特定することで、同期演算部１６による演算処理における処理量が増大することを抑制できる。なお、相関値Ｃ１が閾値Ｔｈ１を超えて極大値に達するとともに、相関値の和Ｃ１＋Ｃ２が閾値Ｔｈ２を超えて極大値に達したときには、プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いた同期の獲得における同期条件を優先的に適用し、例えば閾値Ｔｈ２を１回超えただけで、同期が確立したと判定すればよい。

無線チャネルの狭帯域化や大ゾーンへの対応により、同期ワードにおけるワード長が短縮される場合がある。本発明では、同期ワードが８０ｍｓｅｃあたり２０ビットに低減された場合でも、移動無線通信装置１０１における同期に関する動作状態に応じて、適宜プレワードＰＷ及び同期ワードＳＷの両方を用いたり、同期ワードＳＷのみを用いて同期を獲得する。これにより、同期ワードにおけるワード長が短縮された場合でも、精度が良好な同期検出が可能になる。また、同期ワードにおけるワード長が短縮されることで、移動無線通信装置１０１と無線通信制御装置１０２との間や、複数の移動無線通信装置１０１の間において、迅速に通信リンクを確立することができる。

また、同期ワードＳＷのみを用いて同期を確立あるいは維持するときには、同期演算部１６にて相関値Ｃ１と閾値Ｔｈ１とを比較するための演算処理を実行することで、処理量を低減して消費電力を抑制することができる。さらに、制御チャネル１１０のフレームと物理通信チャネル１１１のフレームは同一のタイミングで送出されており、物理通信チャネル１１１のフレームにはプレワードＰＷを含んだ部位が配置されていない。加えて、直接通信チャネル１１２のフレームには、送信開始時に限ってプレワードＰＷを含んだプリアンブルＰＡが配置され、その後に送出されるフレームには、プリアンブルＰＡが配置されていない。これにより、情報伝送速度（容量）による制約を受けやすい物理通信チャネル１１１や直接通信チャネル１１２において、制御用に伝送されるデータ量を削減することができ、情報伝送速度による制約を緩和することができる。

なお、同期演算部１６は、同期を確立するために相関演算を実行するものに限定されず、任意の演算処理を実行して同期を確立できるものであればよい。例えば、予め定義された同期ワードと復調されたベースバンド信号のサンプリングデータとのユークリッド距離を特定し、特定した距離の差を二乗して同期ワードに対応する分量だけ加算するようにしてもよい。

また、移動無線通信システム１００は、大ゾーン方式の陸上移動無線通信システムに限定されず、マイクロセルシステムであってもよい。さらに、変調方式は、４値ＦＳＫ変調方式に限定されるものではなく、任意のデジタル多値変調方式であればよい。移動無線通信装置１０１と無線通信制御装置１０２との間での通信方式は、ＦＤＭＡ方式に限定されるものではなく、ＴＤＭＡ方式であってもそのまま本発明を適用することができる。

１ベースバンド信号処理部
２送信処理部
３アンテナ
４受信処理部
５送受分離部
１０同期検出回路
１１サンプリング回路
１２Ａ／Ｄ変換器
１３フレームメモリ
１４同期ワード格納部
１５プレワード格納部
１６同期演算部
１７動作制御部
１００移動無線通信システム
１０１移動無線通信装置
１０２無線通信制御装置
１１０制御チャネル
１１１物理通信チャネル
１１２直接通信チャネル
１２０制御チャネル用送信ユニット
１２１−１〜１２１−ｎ通信チャネル用送信ユニット
ＰＡプリアンブル
ＰＦポストフィールド
ＰＷプレワード
ＳＷ同期ワード

Claims

所定の無線チャネル上にて伝送される無線信号を送受信することにより、基地局及び移動局の間にて、あるいは移動局どうしの間にて、無線通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局は、前記無線チャネルのうちで前記基地局及び移動局の間にて使用される制御チャネル上では、各フレームの先頭に所定のコードパターンからなる同期ワードが配置される一方で各フレームの末尾には同期ワードとは異なるコードパターンからなるプレワードを含んだポストフィールドが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第１無線伝送手段を備え、
前記移動局は、前記無線チャネルのうちで前記移動局どうしの間にて使用される直接通信チャネル上では、送信開始時におけるフレームの先頭にプレワードを含んだプリアンブルに後続して同期ワードが配置される一方で送信開始時以外におけるフレームの先頭には同期ワードが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第２無線伝送手段と、
前記第１及び第２無線伝送手段により伝送された無線信号を受信してフレーム同期を検出するフレーム同期手段と、
を備え、
前記フレーム同期手段は、
前記第１無線伝送手段により伝送される前記制御チャネルの無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワード及びプレワードの両方を１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には、同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定し、
前記第２無線伝送手段により伝送される前記直接通信チャネルの無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワードを複数回検出できたとき、あるいは同期ワード及びプレワードを１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定する、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記制御チャネル上にて伝送される無線信号のポストフィールドと、前記直接通信チャネル上にて伝送される無線信号のプリアンブルは、全部又は一部が同一のプレワードで構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
所定の無線チャネル上にて伝送される無線信号を送受信することにより、基地局及び移動局の間にて、あるいは移動局どうしの間にて、無線通信を行う通信処理方法であって、
前記基地局が、前記無線チャネルのうちで前記基地局及び移動局の間にて使用される制御チャネル上では、各フレームの先頭に所定のコードパターンからなる同期ワードが配置される一方で各フレームの末尾には同期ワードとは異なるコードパターンからなるプレワードを含んだポストフィールドが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第１無線伝送ステップと、
前記移動局が、前記無線チャネルのうちで前記移動局どうしの間にて使用される直接通信チャネル上では、送信開始時におけるフレームの先頭にプレワードを含んだプリアンブルに後続して同期ワードが配置される一方で送信開始時以外におけるフレームの先頭には同期ワードが配置された複数のフレーム構造を有するデジタルデータを伝送する第２無線伝送ステップと、
前記第１及び前記第２無線伝送ステップで伝送された無線信号を受信してフレーム同期を検出するフレーム同期検出ステップと、
を備え、
前記フレーム同期検出ステップにおいて、
前記第１無線伝送ステップで伝送される無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワード及びプレワードの両方を１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には、同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定し、
前記第２無線伝送ステップで伝送される無線信号を受信する際に、フレーム同期の状態が初期同期又は再同期のいずれかである場合には、同期ワードを複数回検出できたとき、あるいは同期ワード及びプレワードを１回検出できたときに、また、フレーム同期の状態が同期維持である場合には同期ワードを１回検出できたときに、フレーム同期を獲得できたと判定する、
ことを特徴とする通信処理方法。
前記制御チャネル上にて伝送される無線信号のポストフィールドと、前記直接通信チャネル上にて伝送される無線信号のプリアンブルは、全部又は一部が同一のプレワードで構成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の通信処理方法。